本發(fā)明涉及電力自動化技術領域，尤其涉及一種基于小波包變換與正態(tài)分布規(guī)律的斷路器異常判別方法。

背景技術：

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要的開關設備，承擔著電網(wǎng)保護和控制的任務，其發(fā)生誤動和拒動往往會引起事故或擴大事故，造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。為實現(xiàn)安全穩(wěn)定的供電，電網(wǎng)對高壓斷路器的可靠性提出了更高的要求。

高壓斷路器的運行可靠性依賴于有效的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷(異常判別)，其準確性和實用性直接影響對于斷路器性能狀態(tài)的判斷，準確的判別會為后續(xù)的檢修策略打下基礎，從而科學地制定檢修計劃，提高設備利用率，減少維修費用，在保證可靠性的前提下實現(xiàn)經(jīng)濟運行。目前，對于高壓斷路器的狀態(tài)監(jiān)測主要依賴增加外部傳感器，采用外部傳感技術了解斷路器內部觸頭、機構、絕緣等情況，這類方法需要附加測量裝置，成本高，操作復雜，而且測量過程易受電磁干擾，因此在實際應用中實際推廣價值并不高。

實際上，電網(wǎng)中設備功能的實現(xiàn)都是以電能傳輸為目的的，反映設備性能的本質是電氣信號的傳輸性能，其任何設備性能的異常均可以由電氣信號的變化得到反映。由此，提出一種只依賴于電氣量測信息的高壓斷路器的性能異常判別方法。由于斷路器正常情況下并不動作，只在線路或主要設備受到擾動或故障的情況下動作，所以用其對應的錄波數(shù)據(jù)分析斷路器性能是合適的。

燃弧時間是標志斷路器熄弧能力的重要參數(shù)，對燃弧時間進行準確測量的關鍵是確定電弧的起弧時刻。目前國內外對斷路器開斷時間測量的研究工作大都以測量斷路器開斷燃弧時間的形式出現(xiàn)。代表性的技術如下：

其一，根據(jù)關于分合閘時間及同期的測量電路原理，搭建電路進行測量。但這種方法只適合于臨時性監(jiān)測。其次，利用空間磁場信號在線測定開斷電流的燃弧時刻。但這種方法需要附加測量裝置，成本高，操作復雜，而且測量過程易受電磁干擾，因此在實際應用中實際推廣價值并不高。

本發(fā)明在錄波數(shù)據(jù)中提取了燃弧時間(起弧時刻至滅弧時刻)作為表征斷路器性能的特征量，由于起弧時刻的判定缺少對應的開關量(或實際開關量記錄不準確)，不能直接得到，本發(fā)明采用小波包分析的方法尋找起弧時刻，用特定頻段的高頻分量作為表征起弧時刻的特征量，求此時刻，從而得到燃弧時間。然后，通過統(tǒng)計大量斷路器正常燃弧時間樣本，分析其正態(tài)分布規(guī)律，劃定合理的正常燃弧時間范圍，作為斷路器異常判別的依據(jù)，完成整個斷路器異常判別過程。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于小波包變換與正態(tài)分布規(guī)律的斷路器異常判別方法，本發(fā)明根據(jù)小波包變換分析獲得的故障特征量，統(tǒng)計分析斷路器燃弧時間的數(shù)據(jù)，然后選擇正態(tài)分布對其擬合，根據(jù)擬合的概率分布劃分合理的斷路器燃弧時間范圍，作為斷路器是否異常的判別依據(jù)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于小波包變換與正態(tài)分布規(guī)律的斷路器異常判別方法，根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)分析獲得的故障特征量，統(tǒng)計分析斷路器燃弧時間的數(shù)據(jù)，利用正態(tài)分布函數(shù)對其進行擬合，根據(jù)擬合得到的概率分布劃分合理的斷路器燃弧時間范圍，作為斷路器是否異常的判別依據(jù)。

進一步的，根據(jù)小波包變換在特征頻段模的極大值來判斷奇異點的位置，這個奇異點就是起弧時刻。

進一步的，當電流變?yōu)榱銜r，電弧熄滅，據(jù)此得到滅弧時刻，用滅弧時刻減去起弧時刻，便是燃弧時間。

進一步的，用正態(tài)分布對數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果進行概率擬合，根據(jù)3σ原則，得到正常燃弧時間范圍為正常邊界值距離[μ-3σ，μ+3σ]之內。

進一步的，得到待判別的斷路器燃弧時間，再依據(jù)擬合的概率分布劃分合理的斷路器燃弧時間范圍，看燃弧時間是否在斷路器合理燃弧時間范圍內，判斷斷路器是否出現(xiàn)異常。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明使用了一種用于檢測斷路器燃弧時間的新方法，該方法通過對錄波數(shù)據(jù)進行小波包變換處理，得到斷路器的燃弧時間，實時性好，并且不需要配置其他裝置。

同時本發(fā)明通過將得到的大量歷史數(shù)據(jù)進行擬合，確定出一個正常燃弧時間范圍，并對斷路器是否故障進行判別，清晰直觀，為斷路器的故障判別提供了一種新的方法與思路。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1是本發(fā)明斷路器異常判別流程圖；

圖2是本發(fā)明的小波包變換判別燃弧時刻圖；

圖3是本發(fā)明的小波包分解結構圖

圖4是本發(fā)明的正態(tài)分布圖。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現(xiàn)有技術中存在高壓斷路器的異常判別以在線的狀態(tài)監(jiān)測為主，這種方法可以減少計劃性檢修帶來的眾多弊端，減少斷路器維修的盲目性，但需要配備眾多的測量裝置的不足，為了解決如上的技術問題，本申請?zhí)岢隽艘环N基于小波包變換與正態(tài)分布規(guī)律的斷路器異常判別方法。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，本發(fā)明提出一種基于小波包變換與正態(tài)分布規(guī)律的斷路器異常判別方法：

步驟一，搜集故障錄波數(shù)據(jù)，并對故障錄波數(shù)據(jù)進行小波包變換處理，得到燃弧時間。

步驟二，根據(jù)所得到的斷路器燃弧時間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果，選擇合適的概率分布對其擬合，根據(jù)擬合的概率分布劃分合理的斷路器燃弧時間范圍，作為斷路器是否異常的判別依據(jù)。

步驟三，輸入待判別的故障錄波數(shù)據(jù)，根據(jù)步驟一得到斷路器燃弧時間，依據(jù)步驟二得到的判別依據(jù)對斷路器是否異常進行判別。

步驟一的方法為，用小波包變換對故障錄波數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)小波包變換在特征頻段模的極大值來判斷奇異點的位置，得到起弧時刻。如圖2所示。

小波變換的實質是將一個被稱為基本小波的函數(shù)ψ(t)做位移b后，再在不同尺度a下與待分析信號x(t)做內積

式中，a,b和t均是連續(xù)變量。b是時移，a是尺度因子。

其等效的頻域表達式為

此式中，x(ω)、ψ(ω)分別是x(t)、ψ(t)的傅里葉變換。

在本發(fā)明中，為了信號分析和處理的方便，信號都要被離散化處理。因此，必須對尺度a和位移b進行離散化處理。

離散小波變換定義為

小波包分析對于小波分析最大的一個優(yōu)點，就是可以把信號分析的更加精細，把高頻部分進一步的細分，從而得到更多細化的頻域范圍。對采樣頻率為5khz的原信號進行2層小波包分解后，其分解結構圖見圖3，分解結構中各節(jié)點系數(shù)對應的子頻段見表1。

表1小波包分解節(jié)點與子頻段對應關系表

當斷路器的觸頭開始分離時，代表著斷路器起弧的開始。由于電弧的電導率以及截面積都隨著燃弧的進行而增大，尤其是電導率，將會產生劇烈增加的現(xiàn)象，這樣便導致了電弧阻值的減小。因此，當斷路器起弧時，暫態(tài)電流會有一定大小的畸變，與此同時，一些高頻分量也會隨之產生。根據(jù)查閱資料，故障電弧電流的特征頻段為782-1562.5hz?；谝陨咸攸c，本發(fā)明用小波包變換對燃弧產生的高頻分量提取出來,得到起弧時刻。具體方法是根據(jù)小波包變換在特征頻段模的極大值來判斷奇異點的位置,這個奇異點的位置就是起弧時刻。當電流變?yōu)榱銜r，電弧熄滅，據(jù)此我們可以得到滅弧時刻。用滅弧時刻減去起弧時刻，便是燃弧時間。

步驟二的方法為，用正態(tài)分布對數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果進行概率擬合。根據(jù)正態(tài)分布的3σ原則，判斷正常燃弧范圍。

若隨機變量x服從一個數(shù)學期望為μ,標準方差為σ²的高斯分布，記為：

x～n(μ,σ²),

則其概率密度函數(shù)為

在實際應用中，若一組數(shù)據(jù)近似于正態(tài)分布的概率，則將有99.7％的概率分布在距離平均值有3個標準差之內的范圍。這被稱之為3σ原則。如圖4所示。

p(μ-σ≤x≤μ+σ)＝0.6826

p(μ-2σ≤x≤μ+2σ)＝0.9544

p(μ-3σ≤x≤μ+3σ)＝0.9972

在本發(fā)明中，當?shù)玫酱罅繑嗦菲魅蓟r間后，可以看到，統(tǒng)計的的數(shù)據(jù)近乎成正態(tài)分布，用正態(tài)分布將斷路器燃弧時間進行擬合，根據(jù)3σ原則，當?shù)玫綌嗦菲鞯娜蓟r間大于正常邊界值μ+3σ，就可以認定其性能存在異常。

步驟三的方法為，依據(jù)測得的待判別斷路器燃弧時間，對斷路器是否異常進行判別。

當再次得到待判別的斷路器故障錄波數(shù)據(jù)時，根據(jù)步驟一得到其燃弧時間，在依據(jù)步驟二擬合的概率分布所劃分的合理斷路器燃弧時間范圍，看燃弧時間是否在斷路器合理燃弧時間范圍內，判斷斷路器是否出現(xiàn)異常。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。

上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。